偏好非對稱介電環境的窄帶等離激元表面格點共振研究

　　中國科學院深圳先進技術研究院集成所光電工程技術中心李光元團隊在新型高靈敏度光學傳感研究方面取得進展，相關成果以Narrow plasmonic surface lattice resonances with preference to asymmetric dielectric environment（《偏好非對稱介電環境的窄帶等離激元表面格點共振》）為題發表在光學期刊Optics Express上，并被選為Editor's Pick。碩士生楊秀華和博士肖功利為論文共同第一作者，通訊作者為副研究員李光元和正高級工程師魯遠甫。

　　表面等離激元共振由于極大地增強了局域光場強度、提高了光與物質之間的相互作用，被廣泛應用于傳感、成像、納米激光、非線性光學、調制和探測等領域。傳統的由單個金屬納米顆粒所支持的局域型表面等離激元共振（LSPR）和由金屬-電介質界面所支持的傳播型表面等離激元共振（SPR）均存在場強增強有限和品質因子較低的問題，導致在應用中的性能不夠理想。通過將金屬納米顆粒陣列化，可以激發格點型等離激元共振（SLR），因其可以極大降低輻射損耗，故具有更高的品質因子和大范圍內更高的場增強。然而現有的SLR要求對稱的介電環境，即金屬納米顆粒陣列周圍的介質需具有與襯底相同的折射率，這一要求極大地限制了SLR的實際應用范圍。例如在光微流傳感中，難以找到與水溶液或血液具有相同或相近折射率的襯底材料。

　　在此，研究團隊提出了一種基于金屬-介質-金屬納米結構陣列的新型SLR，研究結果顯示，在越不對稱的介電環境中其品質因子反而越高。在可見光波段和空氣/玻璃介電環境下，所提出的SLR在直入射下的品質因子為62，在斜入射下為147，數倍于傳統SLR在相同波段和條件下的最高品質因子。計算結果顯示，基于該SLR水溶液光微流傳感器的性能評價指標（FOM，Figure Of Merit）可達25（數倍于傳統的LSPR，SPR或SLR傳感器），其靈敏度為316nm/RIU。該研究結果不僅有望為高靈敏度的生化分析提供新型的光學檢測方法，而且為SLR的進一步發展提供了新的研究思路。

　　此項研究得到深圳市基礎研究布局、中科院青年創新促進會等的支持。

所提出的金屬-介質-金屬陣列結構，在直入射下該結構激發的SLR模式導致寬反射譜中出現一個極窄的Fano型凹陷。

介電環境越不對稱（nsup越遠離襯底折射率1.52），傳統SLR的品質因子（QL）越低，新型SLR的品質因子（QR）反而越高。